廢水處理系統與廢水處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明是關于廢水處理，更特別關于廢水處理系統所含的單元與其操作方式。
【背景技術】
[0002] 人口成長、工商活動及氣候變遷等因素造成全球水資源缺乏，除不斷開發水資源 增加供水外，水回收再利用被視為水資源永續發展必要手段之一，然，水回收再利用時，受 處理水導電度或鹽類濃度影響，水回收率并無法有效提升，且濃縮液仍為高導電度或含高 濃度鹽類，截至目前為止并無經濟有效處理方式，為避免對于承受水體造成沖擊，僅能降低 水回收率方式加W因應。為提升水回收率及濃縮液排放對環境沖擊等問題，近零液體排放 (near-Zero Liquid Discharge, nZLD)或零液體排放Zero Liquid Discharge, ZLD)等技術 漸漸受到重視及研究應用。而在實際應用情境，經逆滲透巧everse化mosis，R0)排放的濃 縮液（R0 reject, R0R)，由于受到導電度或鹽類濃度增加影響，其滲透壓已高，不易再W - 般脫鹽薄膜再進行濃縮，而直接進入蒸發罐及結晶槽進行再處理，W達到近零液體排放或 零液體排放的效果。然由于進入蒸發罐及結晶槽的含水量仍高（通常TDS約3. 5% )，其操 作成本仍高居不下，使近零液體排放或零液體排放較無法被業界接受，而限制其發展及應 用。
[0003] 綜上所述，目前亟需新的廢水處理系統W實際應用于產業。
【發明內容】
[0004] 本發明一實施例提供的廢水處理系統，包括：進水端；倒極式電透析單元，連接至 進水端W接收初始廢水，并處理初始廢水W形成第一淡水與第一濃水；第一出水端，連接至 倒極式電透析單元W排放第一淡水；薄膜蒸觸單元，連接至倒極式電透析單元W接收第一 濃水，并處理第一濃水W形成第二淡水與第二濃水；W及第二出水端，連接至薄膜蒸觸單元 W排放第二淡水。
[0005] 本發明一實施例提供的廢水處理方法，包括：提供初始廢水；W倒極式電透析單 元處理初始廢水，W形成第一淡水與第一濃水；W及W薄膜蒸觸單元處理第一濃水，W形成 第二淡水與第二濃水。
【附圖說明】
[0006] 圖1是本發明一實施例中，廢水處理系統的示意圖；
[0007] 圖2是本發明一實施例中，采用的倒極式電透析單元的示意圖；
[0008] 圖3是本發明一實施例中，采用的薄膜蒸觸單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 圖1是一實施例的廢水處理系統100,包括進水端101連接至倒極式電透析單元 103,使倒極式電透析單元103接收初始廢水105。在一實施例中，初始廢水105可為海水 或工業廢水，且初始廢水的巧離子濃度與鎮離子濃度皆小于lOOmg/L。若初始廢水105的 巧離子濃度與鎮離子濃度過高，則容易結垢而縮短倒極式電透析單元103的薄膜壽命，同 時增加倒極式電透析薄膜的倒極與再生頻率。在一實施例中，可先軟化處理初始廢水105 后，再將軟化后的初始廢水105導入倒極式電透析單元103。軟化方法可為離子交換法、流 體化床結晶法、或上述的組合。在一實施例中，初始廢水105的導電度介于5, OOOy S/cm至 10,000y S/cm 之間。
[0010] 電透析（electrodialysis，ED)處理技術利用不同特性的薄膜對水中的離 子作分離選擇，水中離子的移動則是靠正負直流電來當吸引的驅動力。倒極式電透析 (electrodialysis reversal,邸R)進一步改良電透析處理技術，利用直流電正負極和內部 導流的切換來延長薄膜使用壽命。圖2為電透析設備的示意圖。電透析巧D)及倒極式電 透析巧DR)的設計視處理需求及原液水質而定，主要構成包括膜架10 (membrane stacks)、 陽離子交換膜C、陰離子交換膜A、及于膜架10二端的電極室分別設置陽極及陰極。電極 液14流入電極室（如圖2中的陰極側）后，經外管流至另一側的電極室（如圖2中的陽極 側）。陽離子和陰離子交換膜將膜架內部分隔成淡水室11及濃水室12。在每一室的膜架 框的上緣、下緣開設水液流通的通路孔（未圖示），通路孔在膜架10裝配、重疊時彼此形成 液路，初始廢水105經由此設計，使得淡水（dilute water) 107與濃水（concentrate) 109 分別流經淡水室11及濃水室12而不相混。通過回管（未圖示）可讓處理后的濃水109再 次進入濃水室12提濃。各室間設間隔物，使液室保持一定間隙，有助于液流混合。電透析 用于脫鹽原理則是利用陽離子只能穿透陽離子交換膜，而陰離子只穿透陰離子交換膜的特 性，在外加直流電場的作用下，水中的陰離子移向陽極、陽離子移向陰極，最后得到淡水107 及濃水109,達到淡化除鹽的目的。上述電透析設備可參考美國專利US3063924。
[0011] 倒極式電透析單元103可處理初始廢水105 W形成淡水107與濃水109。處理后 的淡水107可經由連接至倒極式電透析單元103的出水端111排放出去。在一實施例中， 排放出去的淡水107可用于工廠端的冷卻水。在另一實施例中，可進一步純化排放出去的 淡水107,純化方法可為逆滲透（R0)、奈米過濾（NF)、或上述的組合。在一實施例中，淡水 107的導電度介于500y S/cm至l，000y S/cm之間，而濃水109的導電度介于15,000y S/ cm至20, 000 y S/cm之間。若淡水107的導電度過高，則無法達到排放或再利用的標準。
[0012] 上述廢水處理系統100亦包括薄膜蒸觸單元113連接至倒極式電透析單元103， W接收并處理濃水109,形成淡水117與濃水119。薄膜蒸觸單元113的基本原理如圖3所 示，利用疏水性多孔有機膜蒸觸法，其常用薄膜30包括PP、PTFE、PVDF、或類似物。由于表 面張力的作用，薄膜30左側溫度較高的濃水109無法進入薄膜30的孔洞中，只有蒸汽32 可W透過薄膜30的孔洞，而凝結在有低溫液體流動的薄膜30右側，W形成淡水117。經上 述薄膜蒸觸單元113處理后，薄膜30左側的濃水109的濃度提高，成為濃水119。圖3所示 的薄膜蒸觸單元113即所謂的直接接觸式值CMD)。在其他實施例中，薄膜蒸觸單元113可 為空氣間隙式（AGMD)、氣體掃掠式（SGMD)、或真空式（VMD)。
[0013] 處理后的淡水117可經由連接至薄膜蒸觸單元113的出水端121排放出去。在一 實施例中，排放出去的淡水117可用于工廠端的冷卻水。在另一實施例中，可進一步純化 排放出去的淡水117,純化方法可為逆滲透（R0)、奈米過濾（NF)、或上述的組合。在一實施 例中，淡水117的導電度介于500y S/cm至2,000y S/cm之間，而濃水119的導電度介于 30, 000 y S/cm至80, 000 y S/cm之間。若淡水117的導電度過高，貝ij無法達到排放或再利用 的標準。
[0014] 在一實施例中，廢水處理系統100包括干燥單元123連接至薄膜蒸觸單元113, W 接收并干燥濃水119形成固形物。干燥單元123可為結晶器、離也器、或噴霧器。由于濃水 119的含鹽量高（20% )，因此干燥單元123不需為大體積的干燥設備如蒸發罐。
[0015] 在本發明另一實施例中，廢水處理系統100包括回水管125連接薄膜蒸觸單元113 與進水端101，將濃水119加入初始廢水105 W進行再次純化。
[0016] 倒極式電透析單元103的成本較低，但其缺點為無法處理高導電度的濃水。薄膜 蒸觸單元113能處理各種導電度的濃水，但若直接處理低導電度的廢水則會提高廢水處理 的成本。W 100噸/天的處理水量為例，本發明實施例中W倒極式電透析單元103搭配薄 膜蒸觸單元113與單獨使用薄膜蒸觸單元113相較具有優勢，如表1的比較：
[0017] 表1邸R+MD與MD的技術比較
[0018]
【主權項】
1. 一種廢水處理系統，其特征在于，包括： 一進水端； 一倒極式電透析單元，連接至該進水端以接收一初始廢水，并處理該初始廢水以形成 一第一淡水與一第一濃水； 一第一出水端，連接至該倒極式電透析單元以排放該第一淡水； 一薄膜蒸饋單元，連接至該倒極式電透析單元以接收該第一濃水，并處理該第一濃水 以形成一第二淡水與一第二濃水；以及 一第二出水端，連接至該薄膜蒸餾單元以排放該第二淡水。
2. 根據權利要求1所述的廢水處理系統，其特征在于，該初始廢水的鈣離子濃度與鎂 離子濃度皆小于l〇〇mg/L，且該初始廢水的導電度介于5, OOO μ S/cm至10, OOO μ S/cm之間。
3. 根據權利要求1所述的廢水處理系統，其特征在于，該第一淡水的導電度介于 500 μ S/cm至1,000 μ S/cm之間，而第一濃水的導電度介于15, 000 μ S/cm至20, 000 μ S/cm 之間。
4. 根據權利要求1所述的廢水處理系統，其特征在于，該第二淡水的導電度介于 500 μ S/cm至2, 000 μ S/cm之間，而第二濃水的導電度介于30, 000 μ S/cm至80, 000 μ S/cm 之間。
5. 根據權利要求1所述的廢水處理系統，其特征在于，還包括一干燥單元連接至該薄 膜蒸餾單元，以干燥該第二濃水形成固形物。
6. 根據權利要求1所述的廢水處理系統，其特征在于，還包括一回水管連接該薄膜蒸 餾單元與該進水端，以混合該初始廢水與該第二濃水。
7. -種廢水處理方法，其特征在于，包括： 提供一初始廢水； 以一倒極式電透析單元處理該初始廢水，以形成一第一淡水與一第一濃水；以及 以一薄膜蒸餾單元處理該第一濃水，以形成一第二淡水與一第二濃水。
8. 根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，該第一淡水的導電度介于 500 μ S/cm至1,000 μ S/cm之間，而第一濃水的導電度介于15, 000 μ S/cm至20, 000 μ S/cm 之間。
9. 根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，該第二淡水的導電度介于 500 μ S/cm至2, 000 μ S/cm之間，而第二濃水的導電度介于30, 000 μ S/cm至80, 000 μ S/cm 之間。
10. 根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，還包括以一干燥單元處理該第 二濃水以形成固形物。
11. 根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，還包括將該第二濃水加入該初 始廢水。
【專利摘要】本發明揭露一種廢水處理系統與廢水處理方法。本發明提供的廢水處理系統包括：進水端；倒極式電透析單元，連接至進水端以接收初始廢水，并處理初始廢水以形成第一淡水與第一濃水；第一出水端，連接至倒極式電透析單元以排放第一淡水；薄膜蒸餾單元，連接至倒極式電透析單元以接收第一濃水，并處理第一濃水以形成第二淡水與第二濃水；以及第二出水端，連接至薄膜蒸餾單元以排放第二淡水。
【IPC分類】C02F9-10
【公開號】CN104671569
【申請號】CN201410401889
【發明人】黃盟舜, 梁德明, 洪仁陽, 黃國豪, 廖啟鐘, 何佳樺, 楊翠容
【申請人】財團法人工業技術研究院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年8月14日